(57)【要約】      （修正有）【課題】ホログラム化する画像を暗号化してホログラム化し、そのホログラムから再生された画像を復号化することで偽造困難とするホログラムの真贋判定方法と真贋判定装置。【解決手段】ホログラム１に再生可能に記録された画像が、所定パターンを所定の演算ルールに従って変換された変換画像を所定の分割及び再配置ルールに従って分割並べ替えられた画像からなり、ホログラム１に所定波長のレーザー光３を照射し、ホログラム１から回折された再生像をカメラ６で撮像し、得られた画像に分割及び再配置ルールと逆の分割及び再配置ルールに従って分割並べ替えを行い、得られた画像に演算ルールと逆の演算ルールに従って変換することで判定対象の画像を取得し、得られた判定対象の画像が予め用意しておいた判定基準に合致するか否かを判定することで、ホログラム１が真正なものか贋のものかを判定する。【選択図】図１５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定パターンに基づく画像を記録したホログラムの真贋判定方法において、前記ホログラムに再生可能に記録された画像が、前記所定パターンを所定の演算ルールに従って変換された変換画像を所定の分割及び再配置ルールに従って分割並べ替えられた画像からなり、前記ホログラムに所定波長のレーザー光を照射し、前記ホログラムから回折された再生像を撮像し、得られた画像に前記分割及び再配置ルールと逆の分割及び再配置ルールに従って分割並べ替えを行い、得られた画像に前記演算ルールと逆の演算ルールに従って変換することで判定対象の画像を取得し、得られた判定対象の画像が予め用意しておいた判定基準に合致するか否かを判定することで、前記ホログラムが真正なものか贋のものかを判定することを特徴とするホログラムの真贋判定方法。
【請求項２】
前記所定の分割及び再配置ルールに従って分割並べ替えられた画像にダイナミックレンジを狭める輝度レベルの調整を行い、撮影された再生像にこれとは逆のダイナミックレンジを広げる輝度レベルの調整を行うことを特徴とする請求項１記載のホログラムの真贋判定方法。
【請求項３】
前記演算ルールと逆の演算ルールに従って変換された画像にローパスフィルタ処理を行うことで前記判定対象の画像を取得することを特徴とする請求項１又は２記載のホログラムの真贋判定方法。
【請求項４】
前記演算ルールが２次元離散フーリエ変換であり、前記逆の演算ルールが２次元逆離散フーリエ変換であり、前記分割及び再配置ルールが画像の縦横４分割とその４分割されたものを対角方向に相互に入れ換える処理であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載のホログラムの真贋判定方法。
【請求項５】
所定パターンに基づく画像を記録したホログラムを配置するホログラム配置窓と、前記ホログラム配置窓に配置された前記ホログラムに所定入射角で所定波長のレーザー光を照射するように配置されたレーザーと、前記ホログラムから再生された再生像を入射させて映すスクリーンと、前記スクリーン上に映った再生像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段で得られた画像を予め定められた分割及び再配置ルールに従って分割並べ替えを行う分割並べ替え手段と、その分割並べ替えを行った画像を予め定められた演算ルールに従って変換する変換手段と、その変換を行うことで得られた画像が予め用意しておいた判定基準に合致するか否かを判定する判定手段とを備えていることを特徴とするホログラムの真贋判定装置。
【請求項６】
前記撮像手段で撮像された画像のダイナミックレンジを広げる輝度レベル調整手段を備えていることを特徴とする請求項５記載のホログラムの真贋判定装置。
【請求項７】
前記変換手段で変換された画像にローパスフィルタ処理を行うローパスフィルタ手段を備えていることを特徴とする請求項５又は６記載のホログラムの真贋判定装置。
【請求項８】
前記の予め定められた分割及び再配置ルールが画像の縦横４分割とその４分割されたものを対角方向に相互に入れ換える処理であり、前記の予め定められた演算ルールが２次元逆離散フーリエ変換であることを特徴とする請求項５から７の何れか１項記載のホログラムの真贋判定装置。
【請求項９】
真贋判定に用いるホログラムであって、所定パターンを所定の演算ルールに従って変換した変換画像を所定の分割及び再配置ルールに従って分割並べ替えを行なった画像を再生可能に記録されていることを特徴とする真贋判定用ホログラム。
【請求項１０】
前記演算ルールが２次元離散フーリエ変換であり、前記分割及び再配置ルールが画像の縦横４分割とその４分割されたものを対角方向に相互に入れ換える処理であることを特徴とする請求項９記載の真贋判定用ホログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラムの真贋判定方法、真贋判定装置及び真贋判定用ホログラムに関し、特に、ホログラム化する画像に処理を施し、撮像された画像に逆の処理を施すことで真贋判定を行うホログラムの真贋判定方法と真贋判定装置、及び、そのためのホログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、種々の絵柄や文字を記録したホログラムをセキュリティ用に用いることも行われている。
【０００３】
そのようなホログラムにレーザー光を当て、通常の白色光では見えない再生像を判定画像として真贋判定を行うことが例えば特許文献１で提案されている。
【特許文献１】特開平５−２２４５７９号公報
【特許文献２】特許第３２８７４７２号公報
【特許文献３】特許第３９７９５０７号公報
【特許文献４】特開２００４−２６４８３９号公報
【特許文献５】特開２０００−２１４７５１号公報
【非特許文献１】「３次元画像コンファレンス‘９９−３Ｄ  Ｉｍａｇｅ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ‘９９−」講演論文集ＣＤ−ＲＯＭ（１９９９年６月３０日〜７月１日  工学院大学新宿校舎）、論文「ＥＢ描画によるイメージ型バイナリＣＧＨ（３）−隠面消去・陰影付けによる立体感の向上−」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ホログラムからのレーザー再生像を判定要素として用いた場合、目視により再生像を確認することができ、それを元にホログラムが偽造される恐れがある。
【０００５】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ホログラム化する画像を暗号化してホログラム化し、そのホログラムから再生された画像を復号化することで偽造困難とするホログラムの真贋判定方法と真贋判定装置、及び、そのためのホログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明のホログラムの真贋判定方法は、所定パターンに基づく画像を記録したホログラムの真贋判定方法において、前記ホログラムに再生可能に記録された画像が、前記所定パターンを所定の演算ルールに従って変換された変換画像を所定の分割及び再配置ルールに従って分割並べ替えられた画像からなり、前記ホログラムに所定波長のレーザー光を照射し、前記ホログラムから回折された再生像を撮像し、得られた画像に前記分割及び再配置ルールと逆の分割及び再配置ルールに従って分割並べ替えを行い、得られた画像に前記演算ルールと逆の演算ルールに従って変換することで判定対象の画像を取得し、得られた判定対象の画像が予め用意しておいた判定基準に合致するか否かを判定
することで、前記ホログラムが真正なものか贋のものかを判定することを特徴とする方法である。
【０００７】
この場合に、前記所定の分割及び再配置ルールに従って分割並べ替えられた画像にダイナミックレンジを狭める輝度レベルの調整を行い、撮影された再生像にこれとは逆のダイナミックレンジを広げる輝度レベルの調整を行うことが望ましい。
【０００８】
また、前記演算ルールと逆の演算ルールに従って変換された画像にローパスフィルタ処理を行うことが望ましい。
【０００９】
また、前記演算ルールが２次元離散フーリエ変換であり、前記逆の演算ルールが２次元逆離散フーリエ変換であり、前記分割及び再配置ルールが画像の縦横４分割とその４分割されたものを対角方向に相互に入れ換える処理であることが望ましい。
【００１０】
本発明のホログラムの真贋判定装置は、所定パターンに基づく画像を記録したホログラムを配置するホログラム配置窓と、前記ホログラム配置窓に配置された前記ホログラムに所定入射角で所定波長のレーザー光を照射するように配置されたレーザーと、前記ホログラムから再生された再生像を入射させて映すスクリーンと、前記スクリーン上に映った再生像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段で得られた画像を予め定められた分割及び再配置ルールに従って分割並べ替えを行う分割並べ替え手段と、その分割並べ替えを行った画像を予め定められた演算ルールに従って変換する変換手段と、その変換を行うことで得られた画像が予め用意しておいた判定基準に合致するか否かを判定する判定手段とを備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
この場合、前記撮像手段で撮像された画像のダイナミックレンジを広げる輝度レベル調整手段を備えていることが望ましい。
【００１２】
また、前記変換手段で変換された画像にローパスフィルタ処理を行うローパスフィルタ手段を備えていることが望ましい。
【００１３】
また、前記の予め定められた分割及び再配置ルールが画像の縦横４分割とその４分割されたものを対角方向に相互に入れ換える処理であり、前記の予め定められた演算ルールが２次元逆離散フーリエ変換であることが望ましい。
【００１４】
本発明の真贋判定用ホログラムは、真贋判定に用いるホログラムであって、所定パターンを所定の演算ルールに従って変換した変換画像を所定の分割及び再配置ルールに従って分割並べ替えを行なった画像を再生可能に記録されていることを特徴とするものである。
【００１５】
この場合に、前記演算ルールが２次元離散フーリエ変換であり、前記分割及び再配置ルールが画像の縦横４分割とその４分割されたものを対角方向に相互に入れ換える処理であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、ホログラム化する真贋判定に用いる画像を暗号化して記録するので、ホログラムからの再生像は暗号化された画像であり、一見意味のある画像には見えず、再生像を見られたときでも意味のある像に見えない。そのため、ホログラムの偽造を困難にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のホログラムの真贋判定方法の基本原理は、ホログラムからのレーザー再生像を
見たときにそれを簡単にコピーされないようにするために、判定要素として用いる画像を暗号化する。暗号化された画像は一見意味のある画像には見えず、複雑である。この暗号化した画像をホログラム化し、そのホログラムから得られたレーザー再生像を復号化して得られた画像を判定要素として用いる。こうすることで、真正なホログラムと同様のホログラムを偽造することを困難にするものである。
【００１８】
本発明のホログラムの真贋判定方法において重要な点は、画像の暗号化と復号化である。以下、この真贋判定方法のについて、特にこの暗号化と復号化について説明する。
【００１９】
本発明の画像の暗号化の例としては、２次元離散フーリエ変換があげられる。以下、この２次元離散フーリエ変換について説明する。２次元離散フーリエ変換は元画像をｆ（ｘ，ｙ）とし、変換後のデータをＦ（ｋ，ｌ）とすると、
N-1 M-1 
Ｆ（ｋ，ｌ）＝（１／ＭＮ）Σ  Σ  ｆ（ｍ，ｎ）Ｗ1 km  Ｗ2 ln  ・・・（１）
n=0 m=0 
ただし、Ｗ1 ＝ｅｘｐ（−ｊ２π／Ｍ），Ｗ2 ＝ｅｘｐ（−ｊ２π／Ｎ）
で計算される。実際の計算では、高速に演算できるＦＦＴ（Fast Fourier Transform) を利用する。
【００２０】
以下に、画像に２次元離散フーリエ変換を施したときの空間周波数の分布について説明する。簡単のため８画素の横方向一列についてのみ説明する。
【００２１】
このとき、上記（１）式は、
7 
Ｆ（ｋ）＝（１／８）Σ  ｆ（ｍ）Ｗ km                         ・・・（２）
m=0 
ただし、Ｗ＝ｅｘｐ（−ｊ２π／８）
となる。
【００２２】
ｋ＝０，１，２，３，４，５，６，７までＷの実部の値を図示すると、図２のようになる。
【００２３】
図２からも分かるように、ｋ＝０がＤＣ成分を表しており、ｋ＝４が最も周波数成分が高い。また、ｋ＝４からｋ＝０に向かうにつれて、また、ｋ＝４からｋ＝７に向かうにつれて周波数成分が低くなる。つまり、Ｆ（ｋ）を図３に示すように横軸に並べると、中央に向かう程周波数成分が高くなり、端に向かう程周波数成分は低くなる。また、左端はＤＣ成分である。
【００２４】
画像の縦方向に対しても同様にして行われる。
【００２５】
図４〜図９に、画像として「ＯＫ」という文字に２次元離散フーリエ変換を施し、画像の並べ代えを行い、輝度レベルを調整する方法を示す。まず、図４は元画像の「ＯＫ」を示している。この元画像に上記のような２次元離散フーリエ変換を施して得られる画像が図５である。図５には縦方向、横方向の空間周波数の分布を示してあるが、２次元画像に２次元離散フーリエ変換を施すと、画像の中心に向かう程高周波成分となる空間周波数分布が得られる。
【００２６】
多くの画像では、低周波成分が強く現れる傾向がある。そのため、図６に示すように、２次元離散フーリエ変換を施して得られる画像を中心の空間周波数分布が最大の位置を中心に縦横に空間周波数分布を４分割し、図６に示すように４分割したものを対角方向に相
互に入れ換える分割画像の並べ替えを行う。これによって、図４の元画像の場合に、図７に示すような画像の中心に向かって明るくなるような画像が得られる。
【００２７】
また、フーリエ変換後のデータは、図８（ａ）に示すように、ダイナミックレンジが大きく、そのまま画像データにすると一部分しか見えない。そこで、図８（ｂ）に示すように、そのデータをログスケールにして最大値が２５５になるようにダイナミックレンジを狭める輝度レベルの調整をする。図７の画像をこのような輝度レベルの調整をすると、図９のような画像となる。この画像から明らかなように、以上のような暗号化によって目視で元の画像（図４）を判断することはできない。
【００２８】
次に、図９のように暗号化した画像（画像データ）を元にホログラム化する。このホログラム化は、通常の二光束干渉によるホログラム化でもよいが、計算機ホログラム（ＣＧＨ）としてホログラム化することが望ましい。
【００２９】
ＣＧＨの作製方法は種々の方向が知られているが、その例として、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５等の方法があげられる。あるいは、非特許文献１に記載されたＡ．Ｗ．Ｌｏｈｍａｎｎ等の方法、Ｌｅｅの方法等で振幅と位相を記録するようにしてＣＧＨを作製するようにしてもよい。
【００３０】
作製されたホログラムにレーザー光を照射すると、回折光によって暗号化した画像データが再生像として再生される。図９の画像をＣＧＨにした場合、図１０に示すような再生像が得られる。この再生像を例えばスクリーンに映し、ＣＣＤカメラによって撮影する。この撮影した画像を復号化する。復号化は、輝度レベルの調整、画像の並べ替えは暗号化したときの計算の逆を行う。
【００３１】
この実施例では、図８と逆の輝度レベルの調整をすることで、図１１に示すような画像が得られる。そして、図６と同様に４分割し、４分割したものを対角方向に相互に入れ換える分割画像の並べ替えを行う。これによって、図１２に示すようにな画像が得られる。図１２には、図５と同様に、縦方向、横方向の空間周波数の分布を示してある。
【００３２】
この分割画像の並べ替えを行った画像に、今度は、（１）式と逆の２次元逆離散フーリエ変換を施す。２次元逆離散フーリエ変換は、
N-1 M-1 
ｆ（ｍ，ｎ）＝Σ  Σ  Ｆ（ｋ，ｌ）Ｗ1 -km   Ｗ2 -ln           ・・・（３）
l=0 k=0 
で計算される。これも実際の計算では、ＦＦＴを利用する。
【００３３】
上記の例では、この２次元逆離散フーリエ変換を施すと、図１３に示すような「ＯＫ」という文字画像が復元される。
【００３４】
この２次元逆離散フーリエ変換像には、図１３のようにノイズ等がのっているのが普通であるので、ノイズ等を除去するためにローパスフィルタ処理を行い、図１４に示すような画像が得られる。
【００３５】
最後に、予めテンプレート画像を用意しておき、復元した画像とのマッチングをとることで、そのホログラムの真贋が判定ができる。
【００３６】
なお、この判定の前に必ずしも必要ではないが画像の２値化を行うことが望ましい。
【００３７】
以上のプロセスをフローチャートとして表現すると、図１のようになる。すなわち、ス
テップＳＴ１において、図４に示すように偽造防止のためのホログラムに記録する元画像を用意する。上記の例の場合は「ＯＫ」という文字であるが、如何なる文字、絵柄でもよい。判定時にコード解析が利用可能なバーコード等のコードパターンであってもよい。次に、ステップＳＴ２において、その元画像に対して（１）式で示したような２次元離散フーリエ変換を施すことで、図５に示すような画像が得られる。なお、元画像を処理する演算としては、２次元離散フーリエ変換に限らず他の数学的な演算でもよい。このようにして得られた変換像に対して、ステップＳＴ３で、図６で説明したような分割と分割画像の並べ替えを行い、図７に示すような中心部が明るくなっている画像を得る。なお、この分割と並べ替えは、ステップＳＴ２での変換が２次元離散フーリエ変換の場合に有効なものであり、他の数学的な演算を施す場合は、別の分割と並べ替えを行うことになる。次に、ステップＳＴ４で、図８を用いて説明したような輝度レベルの調整をして、次のステップＳＴ５で画像化して、図９のような画像を得る。ステップＳＴ３で得られた画像のダイナミックレンジが余り大きくない場合には、ステップＳＴ４の処理は行わなくてもよい。このように、元画像の変換処理と得られた画像の分割及びその分割画像の並べ替えとからなる暗号化を行うと、得られた画像は一見意味のある画像には見えず、複雑なものとなり、ホログラムのレーザー再生像として用いることによって、ホログラムの偽造を困難にする。
【００３８】
得られた画像を次のステップＳＴ６でホログラム化する。上記したように、通常の二光束干渉によるホログラム化でもよいが、計算機ホログラム（ＣＧＨ）としてホログラム化することが望ましい。
【００３９】
作製されたホログラムにレーザー光を照射して再生することで、ステップＳＴ５で得られた画像と同様の図１０に示すような再生像が得られるので、次のステップＳＴ７で、再生像を例えばスクリーンに映し、ＣＣＤカメラによって撮影する。図１５は、このようなホログラムからの再生像を撮影するための構成の１例を示す図であり、この例の場合、以上のように暗号化した画像を記録したホログラム１は反射型ホログラムとして記録されており、レーザー２から再生照明光３をこの例の場合はホログラム配置窓１０に配置されたホログラム１に略垂直に入射させ、ホログラム１からの回折光４を反射型のスクリーン５に入射させる。そして、その回折光４によりスクリーン５上に再生像が映る。この再生像をＣＣＤカメラ６によって撮影する。この撮影した信号は演算装置７へ送られ、この演算装置７で以下の復号化処理、真偽判定処理が行われる。
【００４０】
すなわち、次のステップＳＴ８で、撮影された図１０に示すような再生像の輝度レベルの調整をする。この処理は、ステップＳＴ４の輝度レベルの調整とは逆のダイナミックレンジを広げる処理であり、ステップＳＴ４の輝度レベルの調整を行わない場合はこのステップＳＴ８の処理を行わない。この輝度レベルの調整により、図１１のようなダイナミックレンジの大きな画像が得られる。
【００４１】
次いで、次のステップＳＴ９で、図６で説明したと同様な画像の分割と分割画像の並べ替えを行い、図１２に示すようにな画像が得られる。
【００４２】
次に、ステップＳＴ１０で、（３）式で示す２次元逆離散フーリエ変換を施し、図１３に示すような元画像にノイズ等が重畳した画像が復元される。
【００４３】
次いで、ステップＳＴ１１で、ローパスフィルタ処理を行ってノイズ等を除去することで、図１４に示すような元画像と同様な画像が得られる。
【００４４】
最後に、ステップＳＴ１２で、例えば予め用意したテンプレート画像とのパターンマッチングをとることで、そのホログラムの真贋が判定ができる。
【００４５】
なお、元画像がバーコード等のコードパターン情報である場合に、判定方法としてはパターンマッチングの代わりにコード解析等を行うようにしてもよい。
【００４６】
次に、ホログラムからの再生像を撮影するための構成の変形例を説明する。図１５の場合は、再生照明光３をホログラム１に略垂直に入射させ、軸外に回折された回折光４によって再生像を反射型のスクリーン５上に再生させ、その再生像を反射型のスクリーン５の正面に配置したＣＣＤカメラ６によって撮影することで、ホログラム１からの再生像を撮影するものであったが、図１６に示すように、レーザー２からの再生照明光３をホログラム配置窓１０に配置されたホログラム１に対して斜め方向から入射させ、反対側に回折された回折光４による再生像を反射型のスクリーン５上に再生させ、その再生像を反射型のスクリーン５の略正面に配置したＣＣＤカメラ６によって撮影することで、ホログラム１からの再生像を撮影するようにしてもよく、あるいは、図１７に示すように、レーザー２からの再生照明光３をホログラム配置窓１０に配置されたホログラム１に対して略垂直あるいは斜め方向（図の場合は垂直方向）から入射させ、その再生照明光３の入射方向と異なる別の方向に回折された回折光４による再生像をこの場合は透過型のスクリーン５’上に再生させ、その裏面側に配置したＣＣＤカメラ６によって撮影することで、ホログラム１からの再生像を撮影するようにしてもよい。
【００４７】
以上、本発明のホログラムの真贋判定方法及び真贋判定装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明のホログラムの真贋判定方法の処理プロセスの１例を示すフローチャートである。
【図２】離散フーリエ変換におけるＷの実部の値を図示する図である。
【図３】離散フーリエ変換のＦ（ｋ）を横軸に並べた図である。
【図４】ホログラム化する元画像の１例を示す図である。
【図５】図４の元画像に２次元離散フーリエ変換を施して得られる画像を示す図である。
【図６】図５の画像に施す分割と並べ替えを説明するための図である。
【図７】図５の画像に図６の処理を施した画像を示す図である。
【図８】輝度レベルの調整を説明するための図である。
【図９】図７の画像に図８の処理を施した画像を示す図である。
【図１０】図９の画像をＣＧＨにした場合にそのＣＧＨから再生される再生像を示す図である。
【図１１】図１０の画像に図８の逆の処理を施した画像を示す図である。
【図１２】図１１の画像に図６の逆の処理を施した画像を示す図である。
【図１３】図１２の画像に２次元逆離散フーリエ変換を施して得られる画像を示す図である。
【図１４】図１３の画像にローパスフィルタ処理を行って得られる画像を示す図である。
【図１５】ホログラムからの再生像を撮影するための構成の１例を示す図である。
【図１６】ホログラムからの再生像を撮影するための構成の変形例を示す図である。
【図１７】ホログラムからの再生像を撮影するための構成の別の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…ホログラム
２…レーザー
３…再生照明光
４…回折光
５…反射型のスクリーン
５’…透過型のスクリーン
６…ＣＣＤカメラ
７…演算装置
１０…ホログラム配置窓
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図８】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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